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1、WebGIS技術、系統架構與應用前言在GIS領域中，目前正有一新興的架構模式產生，此架構改變了GIS處理圖資的方式，此架構模式稱為DGIS(Distributed GIS-分散式地理資訊系統)。DGIS將傳統桌上型單機作業之GIS概念延伸至網際網路(WEB)之解決方案上，以能符合現行系統圖資處理之需求。而此種以分散式概念延伸至網際網路的架構稱之為網際網路地理資訊系統（WebGIS或Internet GIS）。近年來由於網際網路的蓬勃發展，隨著Internet的商業化趨勢，以及WWW的風行，各GIS廠商也致力於開發Web Base的相關產品，電子地圖才能走向大眾化，目前已有許多GIS廠商推出In
2、ternet上GIS的解決方案，如ESRI公司的 ArcView IMS、MapObjects IMS及ArcIMS、AutoDesk公司的MapGuide、MapInfo公司的Mapxsite、Mapxtreme、Intergraph公司的GeoMedia Web Map等。如今，使用者只需要透過網際網路瀏覽軟體，就能獲得許多豐富的地圖資訊，而我國許多縣市政府、學校及公司行號均已有提供許多這一方面的服務。這也是Web GIS與其他需要各種高級配備才能使用的單機式GIS最大的不同。從個人桌上型電腦透過瀏覽器，使用者可經由圖形伺服器，利用網際網路以達到圖資之傳播與交流。且由於網路有效率的傳送內容
3、、地圖、圖形和其他相關訊息而形成互動。儘管桌上型地理資訊系統與工作站之地理資訊系統在其受到矚目之前，使用者仍是不斷地尋找低成本與改善存取地理資料之方法。WebGIS將GIS從獨立的單機作業領域帶到了網際網路之共同合作的領域。如此一來，以前所無法流通之訊息資源將可被廣泛的使用，且可減少在作業完成、技術持續支援與維護上之成本支出。於剛開始時，WebGIS之應用把焦點放在圖形展示與查詢上，使事情簡單化並具有成本效益(划算的)，而待使用者有所體認與技術發展後，隨之而來的便是更多的進階應用。圖1：WebGIS架構示意圖Web GIS的特點-Web GIS可以簡單定義為在Web上的GIS。當前Intern
4、et正在以驚人的速度迅速蓬勃發展，在這樣的情勢下，如何將GIS引入Internet世界，使GIS充分利用和發揮網際網路的優勢，就成為GIS發展研究的一個重要課題。與傳統的單機作業上的GIS相比，Web GIS具有以下的優點： 一、更廣泛的使用層面使用者可以同時造訪多個位於不同地方的伺服器上的最新地圖資訊，而Internet所特有的優勢大大方便了GIS的資料管理，使分散式的多資料模式的資料管理和合成更易於實現。 二、平台獨立性無論伺服器或客戶端是何種機器，無論Web GIS Server端使用何種GIS軟體，由於使用了通用的Web瀏覽器，使用者就可以很方便的使用GIS資料，在本機或某個Serve
5、r上進行分散式元件的動態組合和空間資料的處理與分析，實現遠端資料共享的目標。 三、可以大規模降低系統成本一般專業的GIS軟體均非常昂貴，而使用者使用的經常只是一些最基本的功能，這實際上造成了極大的浪費。Web GIS在客戶端通常只需使用Web瀏覽器（有時還需要外掛模組Plug-Ins），其軟體成本與全套專業GIS軟體相比明顯要節省得多。另外，由於客戶端的簡單性而節省的維護費用也不容忽視。 四、更簡單的操作要廣泛推廣GIS，使GIS系統能為廣大的民眾所接受，而不僅僅侷限於少數受過專業訓練的專業用戶，就要降低對系統操作的要求。通用的Web瀏覽器無疑是降低操作複雜度的最好選擇。 五、有效的平衡圖資計
6、算負載傳統的GIS其處理能力完全依賴客戶端機器，因而效率較低。而Web GIS能充分利用網際網路資源，將較基礎性、全面性的處理交由Server執行，而對資料量較小的簡單操作則由客戶端直接完成。這種計算模式能在Server端和客戶端靈活有效的使圖資計算負荷和網路流量負載做合理的分配，是一種較理想的最佳化模式。 Web GIS技術回顧一般來說WebGIS由兩個架構所組成，分別為Client-side與Server-side。Client-side之提供是利用Browser透過HTML或Java所產生；Server-side則是集中圖形伺服器管理員(Map Server Administrator)
7、、圖形應用程式（Map AP）之設計、執行之配置。過去Web GIS的技術一般來說大致有CGI、Plug- In及Java Applet三種： 一、共通閘道介面（Common Gateway Interface；CGI）Web GIS最先使用的方法是CGI技術。GIS廠商在其成熟產品的基礎上發展Intranet解決方案，通常採用CGI方案，即提供專用空間資料的Web管道。CGI是一種連接應用軟體和Web Server的標準技術，是HTML的功能延伸。HTML超文字語言是一種不可在瀏覽器中編輯的靜態式文件，它的設計原則是顯示資料和文件，而不是處理資料，因而不能用來產生動態的資訊，缺乏互動性。但是
8、，靈活易用的CGI介面與HTML的結合實現了互動式的動態連結。例如，為了讓User存取資料庫中的資訊，CGI可以被用來連接Server中的資料庫，在系統中扮演橋梁的角色。1997年ESRI推出了MapObjects Internet Map Server，使用HTML將客戶端的請求傳給Web Server，而Web Server則通過專用的CGI介面與GIS Server連結，GIS Server承擔了所有的查詢、計算工作，將結果構建成一個HTML文件傳回給Web Server，再將HTML文件傳給客戶端瀏覽器。圖：美國ESRI公司MapObjects IMS系統架構由於CGI是Web Ser
9、ver上可執行的程式，任何人要與Web Server進行溝通，都可以透過CGI介面。基本上所有的計算機語言都可以用來開發CGI介面，最常用的幾種包括C、C、Perl和VB。Web一出現，CGI技術很快就被用於建構能產生動態地圖的Web網站。根據CGI介面的特點，GIS CGI技術可分為以下兩類： (1)CGI啟動圖形產生器之方式運作 一個典型的例子是美國ESRI公司的MapObjects Internet Map Server。它是由開發者製作一個簡單的圖形產生器應用程式(Application program；AP)經由CGI程式，可以根據命令行參數產生各種不同的地圖。其結果通常以GIF或J
10、PEG格式傳回給使用者。這種系統的好處是程式撰寫簡單、運作速度比較快。但由於它的簡單，比起單機上的GIS軟體則顯得能力不足，很難處理較複雜的圖資。 圖：CGI式的Web GIS以玉山國家公園電子文化與自然資源地圖為例(2)CGI啟動後端GIS軟體 很多GIS軟體是運用圖形使用者界面（GUI），用“事件”（Event）的方式驅動的，一旦啟動，就可以一直運作等待觸發事件。這種系統有許多優點，而且瀏覽器也是利用GUI界面由事件驅動的。一個瀏覽器上的事件，透過CGI介面很容易傳到後端GIS軟體上，CGI介面和後端GIS軟體的資訊交換是透過IP控制協定（IPC）來完成。常見的IPC協定技術有傳統Unix
11、上的遠端程序呼叫（RPC）、Windows的動態資料交換技術（DDE）及OLEMAC上的Apple Event。利用這種CGI方法，只要使用者在瀏覽器上按一下，資訊就通過網際網路傳回到Web Server上，然後由CGI介面將此資訊透過IPC傳至後端的GIS軟體。例如，可以要求GIS軟體將地圖中的某個地區放大，然後將放大後的地圖傳給使用者端。 這種方法的優點在於，可以利用商業化GIS軟體產生出高品質的地圖。事實上，GIS軟體的很多功能都可以被利用。 但這種方法仍有許多不足之處。首先，很難同時執行多個CGI程式；其次，這種方法需要GIS軟體一直處於運作狀態，這不僅要求GIS軟體所在的Server
12、一直在啟動狀態，而且也消耗不少電腦資源。ESRI的ArcView Internet Map Server就是這種系統運作方式。 圖：ArcView Internet Map Server二、嵌入式介面(Plug-Ins)因為CGI的系統僅提供給用戶端有限的GIS功能，傳給用戶的資訊都是靜態的，而且Client side的GIS操作都需要由Server來處理。解決這個問題的方法是把一部分Server上的功能移到Client side上，這樣不僅加快了使用者操作的反應速度，而且也減少了網上的流量。但標準WWW瀏覽器只提供了一些最基本的瀏覽和導航功能，而缺乏處理地理空間數據的能力。解決方法之一是安裝
13、能與瀏覽器交換資訊的專門GIS軟體。這種增加瀏覽器功能的方法就叫嵌入式介面（Plug-Ins）。目前這種嵌入式軟體已被普遍採用，在多媒體領域尤為明顯。這種嵌入式軟體不但可以增加瀏覽器處理地理空間資料的能力，使人們更容易獲取地理資料，而且可以減少Web Server的流量，從而使Web Server更有效的為更多的使用者服務，因為大多數使用者的資料處理能力都可以由瀏覽器嵌入式軟體來完成。美國ARGUS公司的地圖顯示軟體MapViewer（http:/）就屬於這類嵌入式軟體。與傳統的應用軟體類似，嵌入式軟體也需要先安裝再使用，因而傳統軟體中不同版本之間的不相容性及版本管理問題仍然存在。 此外，對嵌
14、入的URL的支援可允許使用者在Internet中與其它網站建立直接的聯繫，從而使世界各地的設計人員能夠透過Internet在設計項目上進行合作。 圖：嵌入介面的Web GISMapViewer(本圖取材自任逍遙網站)三、Java Applet盡管嵌入式軟體可以和瀏覽器一起有效地處理空間資料，但這種方法仍有不少缺陷。首先，它將導致用戶端負擔過重，因為幾乎每個軟體廠商都希望它的軟體能與網際網路兼容。顯然這不符合標準瀏覽器的設計概念。其次，眾多嵌入式軟體的管理會成為資訊技術部門的一個大問題，因為無論任何人，只要可以連入網際網路就都可以下載安裝最新的嵌入式軟體。為解決上述問題，網際網路程式語言應運而生
15、。目前最普及的網際網路程式語言是Java，另一種語言是由微軟公司提出的Active X。而與Java相比，Active X尚有網路安全問題。 網際網路程式語言與前面所述的幾種方法的不同之處主要在於，允許可執行的Applet從Web Server上傳到用戶端機器上，並直接在用戶端機器上執行，從而省略了一整套傳統軟體的安裝過程。由於程式是在用戶端執行的，因而避免了用戶和Server之間不必要的資訊流量，提高了整個網路的執行效率。另外，這種方法讓用戶可以自由地處理每個地理實體，而不只是獲取一幅由Server處理好的靜態地圖。 圖：Java Applet Web GISWebGIS技術的新趨勢以上所述
16、為傳統開發WebGIS服務一般所常用的技術，而隨著網際網路的蓬勃發展，有兩種網際網路上的新技術是在開發WebGIS時值得注意的，一是JavaServlet技術，另一個則是XML的技術。一、 Java Servlet Java Applet 是在瀏覽器執行的 Java 應用程式，它可以延伸瀏覽器的功能。而Java Servlet是在 Java 型的 Web 伺服器中執行，並且可以延伸伺服器的功能。Servlet 可以建立一個組織架構，透過 Web 提供要求和回應服務，而藉此延伸 Web 伺服器的功能。當Client端傳送要求給伺服器時，伺服器可以將要求資訊傳給 Servlet，並且令 Servlet 建構回應，再讓伺服器傳回Client端
